第五章病毒的基因表達(dá)

病毒的基因表達(dá)第五章病毒的基因表達(dá)包括：mRNA轉(zhuǎn)錄

病毒或宿主特異性RNA聚合酶蛋白質(zhì)翻譯完全依賴于宿主的翻譯體系改變宿主核糖體的合成路線

第一節(jié)病毒的基因轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后加工一、病毒基因轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)二、病毒基因轉(zhuǎn)錄所需的轉(zhuǎn)錄酶三、病毒基因的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始四、病毒轉(zhuǎn)錄的終止五、病毒轉(zhuǎn)錄后的加工和拼接一、病毒基因轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)（一）病毒的早期轉(zhuǎn)錄和晚期轉(zhuǎn)錄（二）病毒的非對(duì)稱性轉(zhuǎn)錄（三）病毒的多基因轉(zhuǎn)錄和單基因轉(zhuǎn)錄（四）不同病毒轉(zhuǎn)錄方式的差異（一）病毒的早期轉(zhuǎn)錄和晚期轉(zhuǎn)錄1.定義病毒的早期轉(zhuǎn)錄(earlytranscription)：發(fā)生在病毒的感染初期，出現(xiàn)在病毒基因組復(fù)制之前的轉(zhuǎn)錄，稱為病毒的早期轉(zhuǎn)錄。

所轉(zhuǎn)錄的基因稱為早期基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為早期mRNA

由早期mRNA翻譯產(chǎn)生的早期蛋白為病毒基因組復(fù)制、晚期基因表達(dá)相關(guān)的酶和蛋白質(zhì)。病毒的晚期轉(zhuǎn)錄（latetranscription）：在病毒基因組復(fù)制開始或復(fù)制之后，所進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄稱為晚期轉(zhuǎn)錄。所轉(zhuǎn)錄的基因稱為晚期基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為晚期mRNA

由晚期mRNA翻譯產(chǎn)生的晚期蛋白，主要是構(gòu)成病毒體所需的結(jié)構(gòu)蛋白，如衣殼蛋白，包膜糖蛋白等。2.意義

表達(dá)的時(shí)序性—

對(duì)于病毒復(fù)制很重要

如噬菌體溶菌酶3.根據(jù)病毒大分子合成過程中所發(fā)生的事件的時(shí)間順序可以將此過程人為地劃分為3個(gè)連續(xù)的階段：病毒基因組早期基因的表達(dá)病毒基因組的復(fù)制病毒基因組晚期基因的表達(dá)

一般也將病毒復(fù)制周期分為：

早-早期感染后0-2小時(shí)

早期感染后2-6小時(shí)

中期感染后6-12小時(shí)

晚期感染后12-36小時(shí)

4.某些病毒復(fù)制無嚴(yán)格的時(shí)序性某些病毒基因很早啟動(dòng)，并在整個(gè)病毒復(fù)制過程中持續(xù)工作。（二）病毒的非對(duì)稱性轉(zhuǎn)錄所謂非對(duì)稱性轉(zhuǎn)錄是指病毒基因的轉(zhuǎn)錄并不固定在一條DNA鏈上，其中一些基因從一條鏈上轉(zhuǎn)錄，而另一些基因從另一條鏈上轉(zhuǎn)錄，因而使轉(zhuǎn)錄方向有左向和右向，或者順時(shí)針和逆時(shí)針的區(qū)別。如腺病毒、皰疹病毒、痘病毒、噬菌體等。腺病毒DNACsCl梯度離心可分為：輕鏈（L）或右（r）鏈：早期轉(zhuǎn)錄晚期轉(zhuǎn)錄重鏈（H）或左（l）鏈：早期轉(zhuǎn)錄CircularrepresentationoftheWSSVgenome.Arrows,positions(outerring)ofthe181

ORFs(redandblueindicatethedifferentdirectionsoftranscription);B,sitesofBamHIrestrictionenzymes(innerring;theirpositionsareinparentheses).

Yangetal,JVirol,2001,75:11811-11820（三）病毒的多基因轉(zhuǎn)錄和單基因轉(zhuǎn)錄所謂多基因轉(zhuǎn)錄是指多個(gè)基因聯(lián)合轉(zhuǎn)錄在一條mRNA鏈上，這樣的mRNA也稱為多順反子mRNA（polycistronicmRNA

）單基因轉(zhuǎn)錄是指一個(gè)基因單獨(dú)轉(zhuǎn)錄在一條mRNA鏈上，這樣的mRNA也稱為單順反子mRNA(monocistronicmRNA)。多基因轉(zhuǎn)錄是一種很經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)錄方式，可能有2種方式：a.大的mRNA前體即多順反子mRNA，再降解成多個(gè)單順反子mRNA。b.多順反子mRNA翻譯成多蛋白前體，切割形成多個(gè)蛋白質(zhì)。噬菌體---多基因轉(zhuǎn)錄

大多數(shù)真核DNA病毒--單順反子mRNA

有的生成多順反子mRNA，如小RNA病毒（四）病毒轉(zhuǎn)錄方式的差異dsDNA-----腺病毒科ssDNA-----細(xì)小病毒科+ssRNA---冠狀病毒科、披膜病毒科-ssRNA---彈狀病毒科dsRNA-----呼腸孤病毒科逆轉(zhuǎn)錄病毒科、嗜肝DNA病毒科較特殊dsDNA能以任意一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄出mRNAssDNAssDNA→dsDNA→轉(zhuǎn)錄出mRNA＋ssRNA＋ssRNA直接作為mRNA；

-ssRNAmRNA比如：冠狀病毒基因組+ssRNA翻譯

RNA多聚酶

-ssRNA轉(zhuǎn)錄6個(gè)mRNA翻譯蛋白質(zhì)或者或者復(fù)制轉(zhuǎn)錄復(fù)制冠狀病毒最先是1937年從雞身上分離出來的。1975年，正式命名了冠狀病毒科。目前分為冠狀病毒和環(huán)曲病毒兩個(gè)屬。代表株為禽傳染性支氣管炎病毒(Avianinfectiousbronchitisvirus，IBV)。

其它成員有：人冠狀病毒(Humancoronavirus)

SARS為冠狀病毒的變種，歸為冠狀病毒屬，SARS-CoV。外膜呈日冕狀或皇冠狀突起直徑大約60-220nm冠狀病毒感染冠狀病毒引起的人類疾病有兩類呼吸道感染：高峰在秋冬和早春腸道感染：

感染在全世界非常普遍，成人〉兒童我國人群中和抗體陽性率在30%至60%.披膜病毒科甲病毒屬：蟲媒病毒，蚊傳播鳥、爬行動(dòng)物、兩棲類、哺乳動(dòng)物（人）發(fā)熱、皮疹、腦炎、出血熱風(fēng)疹病毒屬：只有1種病毒，即風(fēng)疹病毒宿主僅限于人，但猴也敏感呼吸道傳播風(fēng)疹本身并不嚴(yán)重，但孕婦感染后，病毒可通過胎盤傳給胎兒，引起各種先天性畸形，稱為先天性風(fēng)疹綜合征。直徑為40～70nm，核心為直徑25～35nm4.－ssRNA－ssRNAmRNA轉(zhuǎn)錄彈狀病毒科，狂犬病毒屬，狂犬病毒12kb，75×175nm5.dsRNA以dsRNA中的負(fù)鏈RNA mRNA轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄病毒＋ssRNAcDNAdsDNA整合到宿主染色體DNA上以原病毒dsDNA為模板轉(zhuǎn)錄多個(gè)mRNA分子多個(gè)蛋白質(zhì)

轉(zhuǎn)錄全長(zhǎng)RNA，不能編碼蛋白質(zhì)，作為子代病毒的基因組逆轉(zhuǎn)錄第一節(jié)病毒的基因轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后加工一、病毒基因轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)二、病毒基因轉(zhuǎn)錄所需的轉(zhuǎn)錄酶三、病毒基因的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始四、病毒轉(zhuǎn)錄的終止五、病毒轉(zhuǎn)錄后的加工和拼接二、病毒基因轉(zhuǎn)錄所需的轉(zhuǎn)錄酶

(一)病毒利用宿主的RNA聚合酶

原核DNA病毒:細(xì)菌的RNA聚合酶如λ噬菌體

原核細(xì)胞只有一種RNA聚合酶。大腸桿菌的RNA聚合酶由5個(gè)亞基組成

σ亞基是一種蛋白因子，其主要功能:

識(shí)別啟動(dòng)子，并負(fù)責(zé)模板鏈的選擇和RNA鏈合成的起始真核DNA病毒和逆轉(zhuǎn)錄病毒主要利用真核細(xì)胞的RNA聚合酶皰疹病毒嗜肝DNA病毒花椰菜花葉病毒腺病毒多瘤病毒乳頭瘤病毒細(xì)小病毒真核細(xì)胞有三種RNA聚合酶，即：RNA聚合酶I——核仁，rRNA（核糖體RNA）RNA聚合酶Ⅱ——核質(zhì)mRNA前體（信息RNA）RNA聚合酶Ⅲ——核質(zhì)tRNA及其他小分子RNA

通常RNA聚合酶Ⅱ催化病毒的基因轉(zhuǎn)錄腺病毒是由RNA聚合酶Ⅲ催化合成的（二）病毒粒子攜帶的轉(zhuǎn)錄酶有的DNA病毒攜帶RNA聚合酶如痘病毒,由8個(gè)亞基組成，復(fù)雜少見-ssRNA病毒dsRNA病毒攜帶有轉(zhuǎn)錄酶由于這些dsRNA病毒或-ssRNA病毒的轉(zhuǎn)錄酶具有復(fù)制酶的功能，故又稱為轉(zhuǎn)錄/復(fù)制酶。（三）病毒在復(fù)制循環(huán)中自身編碼的轉(zhuǎn)錄酶通過宿主RNA聚合酶催化病毒早期轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生早期mRNA翻譯為病毒轉(zhuǎn)錄酶。

如T7噬菌體：

＋ssRNA病毒編碼轉(zhuǎn)錄/復(fù)制酶比如：冠狀病毒基因組

+ssRNA翻譯

RNA多聚酶

-ssRNA轉(zhuǎn)錄6個(gè)mRNA翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制

(四)病毒蛋白和宿主蛋白共同構(gòu)成的轉(zhuǎn)錄酶

由病毒的特異蛋白與宿主細(xì)胞蛋白共同構(gòu)成的,且比例各不相同對(duì)宿主細(xì)胞RNA聚合酶的某個(gè)亞基進(jìn)行替代或修飾。

晚期基因晚期mRNA晚期蛋白依賴宿主細(xì)胞:sv40、細(xì)小病毒自身編碼合成攜帶：痘病毒不攜帶：腺病毒早期表達(dá)DNA依賴性DNA聚合酶病毒編碼的RNA依賴性DNA聚合酶逆轉(zhuǎn)錄病毒科：RNA→DNA→RNA嗜肝DNA病毒科花椰菜花葉病毒科DNA→RNA→DNA逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄DNA

RNA-------蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制復(fù)制/轉(zhuǎn)錄原核病毒：噬菌體完全依賴宿主:逆轉(zhuǎn)錄病毒DNA病毒：DNA依賴性RNA聚合酶自身編碼RNA依賴性RNA聚合酶dsRNA-ssRNA一般攜帶+ssRNA復(fù)制時(shí)合成RNA噬菌體：由病毒蛋白與宿主蛋白共同組成宿主與自身蛋白共同構(gòu)成的：T4第一節(jié)病毒的基因轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后加工一、病毒基因轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)二、病毒基因轉(zhuǎn)錄所需的轉(zhuǎn)錄酶三、病毒基因的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始四、病毒轉(zhuǎn)錄的終止五、病毒轉(zhuǎn)錄后的加工和拼接三、病毒基因的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始原核和真核DNA病毒:啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)真核DNA病毒還含有增強(qiáng)子序列真核-ssRNA病毒:沒有轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄起始與先導(dǎo)序列區(qū)以及基因接頭區(qū)的特定核苷酸序列有關(guān)。(一)DNA噬菌體基因轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子(promoter)啟動(dòng)子：DNA分子的一個(gè)區(qū)段，RNA聚合酶在此結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄。

DNA噬菌體的基因組有類似于原核生物的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子，其序列一般為20-200bp，RNA聚合酶通過識(shí)別和結(jié)合這一特殊序列，可使DNA雙螺旋解開，以啟動(dòng)病毒mRNA的合成。1.－10區(qū)（－10左右的一段核苷酸序列中大都包含TATAAT序列，又稱TATA框，TATAbox）在距離轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)第一個(gè)核苷酸的上游－13–

－4位堿基處有一段序列，叫－10區(qū)(Pribnowbox)；典型的-10區(qū)的保守序列為TATAAT，其中第6個(gè)堿基全是T，故稱為保守T；由于－10區(qū)富AT序列，因而易于變性和解鏈。目前認(rèn)為－10區(qū)是RNA聚合酶的牢固結(jié)合區(qū)。－35區(qū)—35區(qū)位于－10區(qū)的左側(cè)，其共同序列為TTGACA，是RNA聚合酶對(duì)模板的初始結(jié)合位點(diǎn)。

目前認(rèn)為轉(zhuǎn)錄酶首先識(shí)別和結(jié)合于－35區(qū)，然后酶移向－10區(qū)。（二）真核DNA病毒基因轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子

有類似于DNA噬菌體的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)，但所處的位置不同。1.TATAbox

真核DNA病毒與真核生物一樣，在其基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的上游有一個(gè)保守的啟動(dòng)子序列。它由TATAAAA組成，稱為TATAbox。其位置在-30－-20區(qū)。ttT

TTTCAATbox和GCbox

真核DNA病毒在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游－110－－40區(qū)還有另外兩種啟動(dòng)子序列。一個(gè)啟動(dòng)子序列為GGCCAATCT，其中CAAT序列相當(dāng)保守，故稱為CAATbox。另一個(gè)啟動(dòng)子序列為CCGCCC或GGCGGG，稱為GCbox。

CAATbox、GCbox雖然不參與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的確定，但與一些細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合可以促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。

T

ATA增強(qiáng)子增強(qiáng)子（enhancer）是指能使與它連鎖的上游或下游基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列。在SV40基因組中首次發(fā)現(xiàn)了增強(qiáng)子序列，它含有2個(gè)正向重復(fù)序列。增強(qiáng)子的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)效應(yīng)明顯，使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10－200倍，甚至上千倍。增強(qiáng)效應(yīng)與位置無關(guān)，不論增強(qiáng)子是在基因的上游或下游，均表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)增強(qiáng)子一般為重復(fù)序列，長(zhǎng)度在50bp以上增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)格的組織和細(xì)胞特異性對(duì)其所作用的基因無專一性，將增強(qiáng)子重組到基因組的任何位點(diǎn)，與其鄰近的基因轉(zhuǎn)錄都能發(fā)揮增強(qiáng)效應(yīng)。有的病毒增強(qiáng)子還受外部信號(hào)的調(diào)控。如：激素—受體復(fù)合物結(jié)合到該增強(qiáng)子序列上之后，可以促進(jìn)上下游基因的轉(zhuǎn)錄。帽子位點(diǎn)帽子位點(diǎn)(capsite)存在于啟動(dòng)子的下游，它是真核DNA病毒mRNA的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（第一個(gè)核苷酸摻入位置）病毒基因轉(zhuǎn)錄模板鏈帽子位點(diǎn)的堿基一般為T，這樣mRNA摻入的第一個(gè)核苷酸就是ATP有的病毒基因僅有一個(gè)帽子位點(diǎn)，有的病毒基因有幾個(gè)帽子位點(diǎn)（三）負(fù)鏈RNA病毒

沒有啟動(dòng)子，位于或靠近RNA分子3’末端，長(zhǎng)10－20個(gè)核苷酸的特殊序列是RNA多聚酶的識(shí)別信號(hào)。四、病毒轉(zhuǎn)錄的終止在噬菌體DNA模板鏈上發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)，即終止子(terminator)這些終止子具有共同的結(jié)構(gòu)特征：終止子上游存在有反向重復(fù)序列，由此段DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA易于形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)終止子的下游有一段由4-8個(gè)A組成的序列，因而轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3’端帶有寡聚U

五、病毒轉(zhuǎn)錄后的加工和拼接（一）真核病毒：真核病毒初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都需要經(jīng)過加工，拼接，才能形成有功能的mRNA。

5’端帶帽

3’端加尾切除內(nèi)含子，拼接病毒mRNA5’端的戴帽7甲基化鳥苷酸三磷酸，m7GTP帽子結(jié)構(gòu)的功能核糖體識(shí)別mRNA的信號(hào)，無帽子結(jié)構(gòu)不能結(jié)合增加病毒mRNA的穩(wěn)定性，免遭核酸酶攻擊帽子結(jié)構(gòu)能被蛋白質(zhì)合成起始因子所識(shí)別，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。幾乎所有研究過的動(dòng)物病毒的mRNA3’端都有poly（A）尾不是直接轉(zhuǎn)錄形成.

在RNA末端腺苷酸轉(zhuǎn)移酶或稱poly（A）聚合酶的催化下，將ATP殘基連接到病毒mRNA的3’端.病毒mRNA3’端加poly（A）尾關(guān)于poly（A）功能的問題，至今不清?？赡苤饕cmRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性有關(guān)

poly（A）短的mRNA半衰期也短

poly（A）長(zhǎng)的mRNA半衰期也長(zhǎng)3.病毒mRNA前體的拼接拼接僅見于在核內(nèi)復(fù)制的DNA病毒。兩個(gè)例外：逆轉(zhuǎn)錄病毒mRNA是從整合的cDNA上轉(zhuǎn)錄正粘病毒的復(fù)制與細(xì)胞核有特殊的聯(lián)系它們的RNA轉(zhuǎn)錄本也有拼接

病毒內(nèi)含子兩端也有類似于真核生物結(jié)構(gòu)基因的拼接供體和受體信號(hào)：

5’端GU3’端AG通過宿主細(xì)胞的拼接體系識(shí)別該信號(hào)，可以促進(jìn)病毒mRNA前體的拼接。5’端GU和3’端AG對(duì)mRNA前體的拼接是非常重要的，任何一個(gè)堿基發(fā)生突變和缺失都不能正確拼接mRNA前體。病毒mRNA前體的拼接在真核細(xì)胞中存在多種豐富的小分子RNA，在細(xì)胞核中的小RNA分子叫做核內(nèi)小RNA（smallnuclearRNA，snRNA）。

其中U1-U6snRNA參與mRNA拼接，它們與核內(nèi)的幾種蛋白質(zhì)結(jié)合形成核內(nèi)小核糖核蛋白（smallnuclearribonucleoprotein），并與mRNA前體共同組成一個(gè)拼接體，完成拼接。

有時(shí)病毒利用自身編碼的“拼接體RNA”和調(diào)節(jié)蛋白來完成拼接。真核生物U－RNP與mRNA前體套索拼接過程真核生物U－RNP與mRNA前體套索拼接過程病毒mRNA前體的拼接